钢板桩围堰法承台大体积混凝土冬期施工技术*

刘 注，刘计东，龚鹏鑫

(中交路桥华东工程有限公司，上海 201210)

1 工程概况

龙潭过江通道工程线路起自仪征境内江北长江大堤，向南跨江，经南京龙潭，止于与338省道交叉处，路线全长约5km，跨江主桥采用主跨1 560m单跨钢箱梁悬索桥。

北塔承台为哑铃形结构，平面尺寸为78.86m×40.5m，承台厚度为6m。单个承台平面尺寸为33.5m×40.5m，两承台之间采用11.86m×23.5m系梁相连，承台总混凝土量16 219.3m3。承台分幅分层共进行5次浇筑，单幅单层浇筑厚度为3m，系梁中间设置3m宽后浇带，单次浇筑混凝土量为3 949.075m3，承台结构如图1所示。

图1 承台结构(单位：cm)

2 深基坑支护结构设计

2.1 深基坑支护结构方案比选

查阅类似承台深基坑施工经验，深基坑支护结构通常选用钢板桩围堰、锁扣钢管桩围堰、钢套箱围堰(分为有底和无底)和双壁钢围堰。根据本工程地质情况、环境条件、基坑深度、施工工期和工程成本等因素综合考虑，项目选取了钢板桩围堰作为承台基坑开挖的支护结构。

2.2 钢板桩围堰设计

钢板桩型号采用拉森IV型，长度为9m，整体平面尺寸为81.86m(横桥向)×43.5m(纵桥向)。钢板桩与承台尺寸边线最小净距为150cm，顶部标高为7.500m, 底部标高为-1.500m,入土深度1.5m。围堰共设置2道腰梁支撑,第1道设置在4.500m位置处,第2道设置在0.500m处,腰梁采用双拼HN600×200型钢,如图2所示。

图2 钢板桩围堰平面布置(单位：cm)

2.3 钢板桩围堰外拉体系创新设计

钢板桩围堰插打方便、止水效果好，但整体刚度较小，稳定性差，需要设置合理的支撑结构。钢板桩围堰通常选用钢管支撑和型钢支撑2种结构形式，但上述2种结构形式用钢量大，工期长，且影响后期基坑开挖和承台施工，故不予采用。

项目结合现场实际情况，设计了一种精轧螺纹钢外拉结构体系，如图3所示。该外拉结构体系采用φ25精轧螺纹钢以及2I25a型钢与施工平台钢管桩进行固结，抵消钢板桩所承受的土压力和静水压力，避免了传统围堰内支撑给施工造成的影响。

图3 钢板桩围堰外拉体系示意

2.4 围堰整体验算结果

围堰结构采用 Midas Civil 有限元计算软件建模分析计算，围堰验算时，其计算荷载包括静水压力和主动土压力。

拉森钢板桩围堰采用先撑后挖的方式施工，基坑开挖至腰梁标高后，必须先进行腰梁安装，安装完成后方可继续开挖，开挖至设计标高后，在干环境下浇筑垫层混凝土，形成干环境施工承台。根据钢板桩围堰施工流程，围堰受力工况如下。

1)工况1 左幅钢板桩围堰插打完成，安装完第1道腰梁后开挖至标高0.300m处(还未安装第2道腰梁)，计算钢板桩围堰强度、刚度及稳定性。

2)工况2 钢板桩围堰形成整体并安装好第2道腰梁后开挖至基坑底-0.300m(未浇封底混凝土之前)，计算钢板桩围堰强度、刚度及稳定性。

选取拉森钢板桩几种最不利工况进行计算，分别对工况1，2进行分析，计算模型及边界条件如图4所示，计算结果如表1所示。

图4 钢板桩围堰计算模型及边界条件

表1 钢板桩围堰计算结果

2.5 钢管桩验算结果

根据钢板桩牛腿反力加载在钢管桩对应位置处，计算可得钢管桩最大应力为99.6MPa<215MPa，最大水平形变量14.4mm<7 500/400=18.75mm，临界荷载系数5.63>4，满足要求。

3 大体积混凝土冬期施工温度裂缝控制

3.1 大体积混凝土冬期施工保温措施

本工程承台施工采用钢模板，且模板需要周转使用，拆模时间短，故不适合木材、挤塑板、聚氨酯泡沫塑料和蓄水养护。由于棉被吸水率大，吸水后导热系数会增大，故不适合单独采用，需在外侧覆盖油布防水。由于橡塑保温板成本较高，且承台上表面白天有阳光照射，表面保温可适当减弱，所以上表面可仅采用棉被保温。综合以上因素考虑，本工程承台侧面采用橡塑保温板+棉被+油布保温，承台顶面采用棉被+2层油布保温，如图5所示。

图5 承台混凝土表面保温方案

3.2 大体积混凝土温度监测

根据GB/T 51028—2015《大体积混凝土温度测控技术规范》进行混凝土内部温度监测，温控元件布置在承台对称轴线上，能准确反映承台上表面温度、下表面温度、侧表面温度和中心温度。

从左幅第1层承台混凝土温度监测数据可知，混凝土内部温峰在浇筑完成后51h出现，温峰为63.8℃，之后缓慢降温。混凝土浇筑完成28h内，因上表面混凝土刚开始初凝，水化放热晚，而承台中心混凝土早已水化升温，导致内表温差超过规范容许值25℃，但此时混凝土处于升温膨胀阶段，且混凝土弹性模量较小，不会造成混凝土开裂。之后随着上表面混凝土水化升温，表面保温措施良好，内表温差均控制在25℃以内，混凝土温度变化曲线如图6所示。

4 结语

大体积混凝土承台作为悬索桥和斜拉桥重要组成部分，施工方法较多。龙潭长江大桥采用精轧螺纹钢外拉结构作为钢板桩围堰支护结构，减小了复杂内支撑对承台基坑开挖、钢筋绑扎和模板安装的影响，提高了承台施工效率，缩短了混凝土层间间歇时间，对混凝土温度裂缝控制起到了积极作用。同时，通过采用合理的混凝土表面保温方案，达到了混凝土防冻和控制混凝土内表温差的目的，减小了冬期气候条件对大体积混凝土施工的不利影响，保证了大体积混凝土施工质量，为今后类似大体积混凝土冬期施工提供了经验。